JP2005201058A

JP2005201058A - 内燃機関の排気装置

Info

Publication number: JP2005201058A
Application number: JP2004005137A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Hase; 周一長谷; Shohei Ri; 湘兵李
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】排気通路から分岐した分岐通路に、排気浄化装置や熱エネルギー回収装置を設け、排気通路に設けた開閉弁により排気ガスを、排気通路と分岐通路に選択的に流通させる排気装置において、前記排気浄化装置や熱エネルギー回収装置の過熱からの劣化を抑制する。
【解決手段】排気ガスが流通する排気通路４から上流側分岐部５で分岐し、下流側分岐部６で前記排気通路４に合流する分岐通路７を形成する。分岐通路７の途中に排気浄化装置８を設け、上流側分岐部５と下流側分岐部６との間の排気通路４に開閉弁９を設ける。上流側分岐部５と下流側分岐部６との間の排気通路４に冷却手段１０，１１を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気装置に関する。

内燃機関の排気装置には、排気ガスの浄化を行うため触媒コンバータなどの排気浄化装置が設けられている。排気浄化装置は、暖機性を向上させて内燃機関の始動直後の排気ガスを浄化可能なように、排気装置のより上流側に設置される。しかし、暖機後は高温の排気ガスが排気浄化装置内を流通するため、排気浄化装置が過熱され劣化し易いという問題があった。

このような問題を解決するため、従来、図６に示すような排気装置が提案されている（特許文献１参照）。

この排気装置は、排気通路１０１に設けられた上流側分岐部１０２と下流側分岐部１０３を接続する分岐通路（触媒通路）１０４が形成され、該分岐通路（触媒通路）１０４の途中には排気浄化装置（触媒装置）１０５が設けられている。排気通路１０１には開閉弁（切替弁）１０６が設けられ、この開閉弁（切替弁）１０６は排気温度に応じて開閉動作する。

このように構成することにより、冷機時は開閉弁（切替弁）１０６を閉じて排気ガスを上流側分岐部１０２より分岐通路１０４に流通させて排気浄化装置（触媒装置）１０５で排気ガスを浄化し、暖機後は開閉弁（切替弁）１０６を開いて排気ガスを排気通路１０１に流通させて排気浄化装置（触媒装置）１０５をバイパスさせることにより、高い排気ガス浄化性能の発揮と、排気浄化装置（触媒装置）１０５の劣化の抑制を企画し、更に、車両の動力性能の向上を企図している。

また、開閉弁（切替弁）１０６が排気通路１０１の途中に単一で設けられているので、開閉弁（切替弁）１０６の構成や制御が容易であるため、低コストであるなどの効果を期待している。

また、このような排気装置においては、排気通路１０１を直進状にするとともに分岐通路（触媒通路）１０４を分岐状にすることにより、直進状の排気通路１０１の流通抵抗を分岐通路１０４での流路抵抗よりも小さくして、開閉弁（切替弁）１０６が開状態にある時に分岐通路（触媒通路）１０４側へ排気ガスが流入することを抑制している。

更に、分岐通路（触媒通路）１０４の合流部下流端に突起１０７を設けて、分岐通路（触媒通路）１０４の出口部圧力を高めることにより、開閉弁（切替弁）１０６が開状態にあるとき分岐通路（触媒通路）１０４側へ排気ガスが流入することを抑制し、排気浄化装置（触媒装置）１０５の劣化を抑制することを企図している。

しかし、前記の構造においては、開閉弁（切替弁）１０６が開状態になっても、排気通路１０１内に開閉弁（切替弁）１０６が存在するために、開閉弁（切替弁）１０６の位置で前後の排気通路１０１に比べ流体抵抗が大きくなっている。よって、内燃機関の各シリンダにおける爆発に伴いパルス的な圧力で排出された排気ガスの圧力パルスは、流体抵抗が大きい開閉弁（切替弁）１０６の位置で堰き止められ、反転するかのように上流側へ伝わり、上流側分岐部１０２から分岐通路（触媒通路）１０４へ少量の排気ガスが流入することを本発明者らは見出した。

前記従来技術は排気ガスの定常的な流れに着目してなされたものであるため、上述したような非定常現象としての少量の排気ガスの流入までは抑制できず、開閉弁（切替弁）１０６が開状態であっても排気浄化装置（触媒装置）１０５が過熱され、排気浄化装置（触媒装置）１０５の劣化を抑制できないという問題が生じる恐れがあった。

また、上記排気浄化装置１０５に代えて、前記の分岐通路１０４に、熱交換装置や熱電変換装置などの熱エネルギー回収装置を備えた排気装置が知られている（特許文献２参照）。

しかし、この排気装置においても前記と同様に、熱エネルギー回収装置が過熱され劣化する恐れがあった。
特開平９−３１７４４９号公報特開２０００−３１２０３５号公報

本発明は前記の課題を解決する内燃機関の排気装置を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に排気浄化装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に冷却手段を設けたことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に排気浄化装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、排気浄化装置と下流側分岐部の間の分岐通路に冷却手段を設けたことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に熱エネルギー回収装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に冷却手段を設けたことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に熱エネルギー回収装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、熱エネルギー回収装置と下流側分岐部の間の分岐通路に冷却手段を設けたことを特徴とするものである。

本発明は、冷却手段を設けたことにより、下流側分岐部から分岐通路へ流入する排気ガスの温度を低くすることができるため、分岐通路に設けられた排気浄化装置や熱エネルギー回収装置の過熱を抑制し、排気浄化装置や熱エネルギー回収装置の劣化を抑制することができる。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図５に示す実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施例の排気装置１を示す模式図である。
内燃機関２の各シリンダに、排出される排気ガスが流通する複数のブランチ管３が接続され、該ブランチ管３は集合されて１本の排気通路４に接続されている。排気通路４の途中には上流側分岐部５とその下流に位置して下流側分岐部６が設けられるとともに、両分岐部５，６を接続する分岐通路７が設けられている。

前記分岐通路７の途中には排気浄化装置である触媒コンバータ８が設けられている。該触媒コンバータ８は貴金属を担持したハニカム状の担体（図示しない）を収容し、排気ガス中の有害成分を浄化するもので、周知のものを使用している。

一方、前記排気通路４の途中には、該排気通路４を開閉する開閉弁９が設けられている。該開閉弁９は、例えば、触媒コンバータ８の温度や、触媒コンバータ８に流入する排気ガスの温度などを温度センサ（図示しない）で検知し、その温度に応じ、コントロールユニット（図示しない）の指令によって、従来周知のアクチュエータ（図示しない）により開閉動作させればよい。

前記上流側分岐部５から開閉弁９の間の排気通路４ａ、開閉弁９から下流側分岐部６の間の排気通路４ｂ、触媒コンバータ８から下流側分岐部６の間の分岐通路７ｂには冷却手段１０，１１，１２がそれぞれ設けられている。該冷却手段１０，１１，１２は、図２に通路の軸直角断面を示すように、前記各通路４ａ，４ｂ，７ｂの壁面に、該壁を通路内に向かってへこませた溝１４を螺旋状にして形成し、放熱面積を大きくして冷却作用を持たせたものである。

以上の構成において、内燃機関２の各シリンダから排出された排気ガスは、各ブランチ管３を流通し、これらの下流で集合されて１本の排気通路４を通って下流に流通する。

冷機時は開閉弁９が閉状態に制御されており、排気通路４に流入した排気ガスは、開閉弁９の上流側において上流側分岐部５から分岐通路７に流入し、排気浄化装置である触媒コンバータ８内を通って、下流側分岐部６を経て再び開閉弁９の下流側の排気通路４に流入し、その後、排気通路４の下流側へ流れる。

暖機後、触媒コンバータ８の温度が所定の温度に達すると、前記のコントロールユニットの指令によって図示しないアクチュエータにより開閉弁９が開状態に切り換えられる。このように開閉弁９が開くと、定常的な排気ガスの流れは、分岐通路７には流入せず触媒コンバータ８をバイパスして排気通路４を直進的に流通する。

このように、開閉弁９が開状態になっても、排気通路４内に開閉弁９が存在するために、開閉弁９の位置での流通抵抗は、開閉弁９の前後の排気通路４の流体抵抗に比べて大きくなっている。

内燃機関の各シリンダにおける爆発に伴いパルス的な圧力で排出された排気ガスの圧力パルスは、排気通路４を流通するが、流体抵抗が大きい開閉弁９の位置で堰き止められ、反転するかのように上流側へ伝わり、上流側分岐部５から分岐通路７へ少量の排気ガスが流入する。また、開閉弁９を通過した排気ガスの圧力パルスも下流側分岐部６から分岐通路７へ流入する。

しかし、本実施例においては、上流側分岐部５から開閉弁９の間の排気通路４ａ、開閉弁９から下流側分岐部６の間の排気通路４ｂ、触媒コンバータ（排気浄化装置）８から下流側分岐部６の間の分岐通路７ｂに冷却手段１０，１１，１２がそれぞれ設けられているため、下流側分岐部６から分岐通路７へ流入する少量の排気ガスの温度を低くすることができる。

したがって、触媒コンバータ（排気浄化装置）８の過熱を抑制することができ、触媒コンバータ８の劣化を抑制することができる。

また、上流側分岐部５から触媒コンバータ８の間の分岐通路７ａに冷却手段を設けた場合は、冷機時の排気ガス温度が低下し、排気浄化性能が低下する背反があるが、本実施例ではそのような背反は生じず、上述の効果を発揮することができる。

また、上流側分岐部５から開閉弁９の間の排気通路４ａに冷却手段を設けたことにより、開閉弁９を流通する排気ガスの温度を低くすることができるため、開閉弁９の耐久性の向上などに効果を発揮することができる。

前記冷却手段は、上流側分岐部５から開閉弁９の間の排気通路４ａ、開閉弁９から下流側分岐部６の間の排気通路４ｂ、触媒コンバータ８から下流側分岐部６の間の分岐通路７ｂの全てに設ける必要はなく、任意の箇所に設ければよい。

なお、下流側分岐部６から分岐通路７へ流入する排気ガスは、排気通路４を流通する排気ガスに比べ少量であるため、触媒コンバータ８から下流側分岐部６の間の分岐通路７ｂに冷却手段を設けることで高い冷却効率を得ることができる。

上記実施例では、冷却手段１０〜１２として螺旋状の溝１４を設けたが、螺旋状でなく、通路の軸方向に溝を形成することで、流通抵抗を小さくして冷却作用を発揮させることができる。

また、冷却手段１０〜１２は、図３に通路の軸方向断面を示すように、前記各通路４ａ，４ｂ，７ｂの壁（壁面）１５を軸方向と交差する方向に凹凸状に形成し、放熱面積を多くして形成してもよい。この場合、排気通路４と分岐通路７の熱膨脹差を吸収可能なため、排気装置１の耐久性の向上にも効果を発揮する。

前記冷却手段１０〜１２は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、各通路４ａ，４ｂ，７ｂの外周、内周、または外周と内周の両方にフィン１６を通路の軸方向に固設して形成して、放熱面積を多くして形成してもよい。また、フィン１６は通路の軸方向と交差するように、または螺旋状に固設してもよい。

また、前記図１乃至図４に示す冷却手段１０〜１２を設けた排気装置１において、図５（ａ）に示すように、下流側分岐部６の下流側に排気通路４側に突出する突出部１７を設けることにより、下流側分岐部６から分岐通路７へ流入する低温の排気ガスの量を増大させるようにしてもよい。これにより、排気浄化装置８の劣化をより抑制することができる。

また、前記突出部１７に代えて、図５（ｂ）に示すように、分岐通路７の端部７ｃを傾斜状にして、排気通路４の下流側に突出する突出部１８を設けてもよい。

また、図５（ｃ）に示すように、分岐通路７が排気通路４の上流を指向するように、すなわち角度θが９０度以上になるように、下流側分岐部６を形成してもよい。

上記実施例においては、排気浄化装置として担体を収容した触媒コンバータの例で示したが、排気中の有害成分を吸着する吸着剤や、排気中の微粒子を捕集するフィルターを収容した排気浄化装置でもよい。

また、排気装置は、エンジンルームや車両床下など任意の位置に配置することができる。

前記実施例は、分岐通路に排気浄化装置として触媒コンバータ８を設けた排気装置を示したが、この排気浄化装置に代えて、前記分岐通路７に、冷却水などの流体と熱交換する熱交換装置や、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子を備えた熱電変換装置などの熱エネルギー回収装置を設けても、熱エネルギー回収装置の過熱を抑制することができ、熱エネルギー回収装置の劣化を抑制することができる。
したがって、この熱エネルギー回収装置を設置する場合には、図１において、符号８がエネルギー回収装置となる。

本発明の第１実施例の排気装置を示す模式図。図１の冷却手段を示すもので、通路の横断面図。図１の冷却手段の他の例を示すもので、通路の軸方向断面図。図１の冷却手段の更に他の例を示すもので、（ａ）〜（ｃ）は３つの例を示す通路の横断面図。図１の冷却手段の更に他の例を示すもので、（ａ）〜（ｃ）は３つの例を示す断面図。従来の排気装置を示す模式図。

符号の説明

１排気装置
２内燃機関
４排気通路
５上流側分岐部
６下流側分岐部
７分岐通路
８排気浄化装置、熱エネルギー回収装置
９開閉弁
１０〜１２冷却手段

Claims

排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に排気浄化装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に冷却手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に排気浄化装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、排気浄化装置と下流側分岐部の間の分岐通路に冷却手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に熱エネルギー回収装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に冷却手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
排気ガスが流通する排気通路から上流側分岐部で分岐し、下流側分岐部で前記排気通路に合流する分岐通路を形成するとともに、分岐通路の途中に熱エネルギー回収装置を設け、上流側分岐部と下流側分岐部との間の排気通路に開閉弁を設けた内燃機関の排気装置において、熱エネルギー回収装置と下流側分岐部の間の分岐通路に冷却手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気装置。